linux DRM/KMS 测试工具 modetest、kmscude、igt-gpu-tools (一)
-Yaong- 人气:3这里整理几个在学习Linux DRM/KMS中用到的几个工具，modetest、kmscude、igt-gpu-tools。
简介：
modetest
是由libdrm提供的测试程序，可以查询显示设备的支持状况，进行基本的显示测试，以及设置显示的模式。
kmscube
是由mesa3d提供和维护，这是一个基于 KMS/GBM/EGL/OPENGL ES2.0 测试用例。
kmscube is a little demonstration program for how to drive bare metal graphics without a compositor like X11, wayland or similar, using DRM/KMS (kernel mode setting), GBM (graphics buffer manager) and EGL for rendering content using OpenGL or OpenGL ES.
igt-gpu-tools
是一个测试DRM drivers的测试工具集
IGT GPU Tools is a collection of tools for development and testing of the DRM drivers.
测试环境和编译环境：
如未特别注明，所有的程序编译和测试均是在如下环境中进行的：
硬件环境：raspberry Pi 3 Model B
仍将环境：Linux alarm 5.6.13-1-ARCH #1 SMP Sat May 16 21:58:40 MDT 2020 aarch64 GNU/Linux
modetest
代码编译：
libdrm的下载链接：https:/https://img.qb5200.com/download-x/dri.freedesktop.org/libdrm/libdrm-2.4.100.tar.bz2
解压代码后，进入目录执行:
# ./configure
# Make -j4
编译完成后会在目录libdrm-2.4.100/tests/modetest下生成 modetest 可执行文件。
modetest示例：
modetest的运行需要root权限。
首先这里给出一组显示示例，命令参数如下：
./modetest -M vc4 -D 0 -a -s 32@140:1920x1080 -P 173@140:1920x1080 -Ftiles
命令执行的console输出：
程序运行效果如下，通过HDM连接的显示器整屏的显示了渐变的斜条纹：
如果你运气不错，那么你能看到与我相同的显示效果，但是如果（likely()）运气差了点，没关系，接下来会详细介绍modetest这些参数的由来。
首先通过--help参数可以查看modetest支持的全部选项，如下：
./modetest --help
usage: /home/alarm/workspace/linux/libdrm-2.4.100/tests/modetest/.libs/lt-modetest [-acDdefMPpsCvw]
Query options:
-c list connectors
-e list encoders
-f list framebuffers
-p list CRTCs and planes (pipes)
Test options:
-P <plane_id>@<crtc_id>:<w>x<h>[+<x>+<y>][*<scale>][@<format>] set a plane
-s <connector_id>[,<connector_id>][@<crtc_id>]:<mode>[-<vrefresh>][@<format>] set a mode
-C test hw cursor
-v test vsynced page flipping
-w <obj_id>:<prop_name>:<value> set property
-a use atomic API
-F pattern1,pattern2 specify fill patterns
Generic options:
-d drop master after mode set
-M module use the given driver
-D device use the given device
Default is to dump all info.
可以看到参数一共分为3类。
Query options：提供查询操作，用于列举出connectors、encoders、framebuffers，CRTCs and planes，未指定参数时默认输出所有信息。
Test options：设定显示测试的参数。
Generic options: 指定打开设备节点，DRM/KMS对用户层来说是一个标准的linux字符设备，其设备节点路径为https://img.qb5200.com/download-x/devhttps://img.qb5200.com/download-x/dri/cardX、https://img.qb5200.com/download-x/devhttps://img.qb5200.com/download-x/dri/renderX（之所有有两个设备节点这，涉及到DRM-Master 和 client相关的内容，这里可以简单的认为它们代表用一个设备）
现在我们来看看如何实现一个这样的需求：通过HDMI连接的显示器输出一副分辨率为1920X1080的pattern图像。
这个需求很明确，通过HDMI输出分辨率为1920X1080的图像，Linux DRM/KMS 内核中和显示组件如下图所示：
我们要做的就是找出一组connectors、encoders、framebuffers，CRTCs 和 planes的一个组合，使其能完成我们的需求，步骤如下：
1. 找出与HDMI 相连接的connector
2. 在找到connectors后，要找出可与connector匹配的encoder，
3. 找到connector和encoder可用的CRTC，
4. 为CRTC配置合适plane
5. 为plane创建framebuffers，指定framebuffer大小，并填充pattern图像，framebuffer是唯一有用户层创建的内核对象，其余4个对象均是在DRM driver加载时注册的。
这里所谓的“找到”，就是获取各个组件在内核中的id号，即handle值。
handle有点像文件描述符，是一个32bits的整数，某个linux DRM/KMS内核对象通过handle导出，并在接收到用户的handle后找到该内核对象。
首先来找出与HDMI相关的connector，前面提到modetest具有查询功能，而参数-c list connectors能列举出所以的connector，查询结果如下：
sudo ./modetest -M vc4 -c
Connectors:
id encoder status name size (mm) modes encoders
32 31 connected HDMI-A-1 550x310 39 31
modes:
name refresh (Hz) hdisp hss hse htot vdisp vss vse vtot)
1920x1080 60 1920 2008 2052 2200 1080 1084 1089 1125 148500 flags: phsync, pvsync; type: preferred, driver
...
props:
20 CRTC_ID:
flags: object
value: 140
...
47 0 unknown composite-1 0x0 1 46
...
输出了两组connector的详细（原始log较长，这里只截取关键部分），从log中的关键字可知，id=32的connector是与HDMI相连接的，而该connector是与id=31的encoder相连的，并且通过后面的props列表可以当前连接的CRTC_ID=140. modes列表这列出了connector支持的全部参数配置，即：
CRCT(ID=140) --> ENCODER(ID=31) --> CONNECTED(ID=32) --> HDMI
让我们来回顾一下之前的测试命令：
./modetest -M vc4 -D 0 -a -s 32@140:1920x1080 -P 173@140:1920x1080 -Ftiles
对照一下modetest的参数项： -s <connector_id>[,<connector_id>][@<crtc_id>]:<mode>[-<vrefresh>][@<format>]
即 connector_id = 32，crtc_id =140， mode = 1920x1080，encoder和connector通常是一一对应的，在内核中这两者一般也是一同注册的，并通过函数drm_connector_attach_encoder()关联在一起。
mode我们选择了 1920x1080。
所以connector_id、crtc_id、mode就是这样来的。
列出 encoder：
./modetest -M vc4 -e
Encoders:
id crtc type possible crtcs possible clones
31 140 TMDS 0x00000004 0x00000000
46 0 TVDAC 0x00000004 0x00000000
52 0 Virtual 0x00000002 0x00000000
接下里我们分析-P这个参数的设定，前面已经知道connector_id=32是与crtc_id=140组合的，接下来我们需要为crtc_id=140匹配一个可用的plane id。
列举CRCT和PLANE的命令如下（这里省略了很多内容，因为raspberry Pi 3的vc4 driver支持3个CRCT，每个CRTC又支持10个plane，所以输出内容较多）:
./modetest -M vc4 -D 0 -p
CRTCs:
id fb pos size
58 0 (0,0) (0x0)
99 0 (0,0) (0x0)
140 178 (0,0) (1920x1080)
1920x1080 60 1920 2008 2052 2200 1080 1084 1089 1125 148500 flags: phsync, pvsync; type: preferred, driver
Planes:
id crtc fb CRTC x,y x,y gamma size possible crtcs
173 0 0 0,0 0,0 0 0x00000004
这里我选择了planes_id=173，选择的依据是possible crtcs = 0x00000004，即bit2=1，表示该plane可用于第3个crcts。
如何理解这里的第3个呢？前面说了CRCT都是通过id来标识的，第3个与crtc=140是关联不上的。
简单的理解是按照上述命令输出的CRCT信息顺序编号，比如第3个crct的id=140。
深层次的原因是kernel中，每成功注册成功一个CRCT后，会把它加入到mode_config->crtc_list中，加入的同时它会获得一个index，而这个index基本上就是按CRCT注册的先后顺序来分配的了（crtc->index = config->num_crtc++）。
最后回到我们下面这个命令：
./modetest -M vc4 -D 0 -a -s 32@140:1920x1080 -P 173@140:1920x1080 -Ftiles
-P选项的命令格式：-P <plane_id>@<crtc_id>:<w>x<h>[+<x>+<y>][*<scale>][@<format>]
即 plane_id=173, crct_id=140
<w>x<h>=1920x1080设置分辨率。
设置后我们的连接状况如下：
PLANE(ID=173, W=1920, H=1080)
|
\ | /
CRCT(ID=140) --> ENCODER(ID=31) --> CONNECTED(ID=32) --> HDMI
buffer的创建是通过函数完成的，大小是从plane相匹配。
framebuffer是在modetest内部分配的，会根据设定的分辨率通过ioctl向驱动程序分配。
剩下的-a 和 -Ftiles两项，
“-a use atomic API“。
-F是指填充一种pattern，后面的值需要在modetest的源码里找，其他可用的值tiles、smpte、plain、gradient。
参考链接：
1.https://www.kernel.orghttps://img.qb5200.com/download-x/doc/html/v4.10/gpu/index.html
2.https://gitlab.freedesktop.orghttps://img.qb5200.com/download-x/drm/igt-gpu-tools
3.https://gitlab.freedesktop.org/mesa/kmscube
4.https://wiki.st.com/stm32mpu/index.php?title=DRM_KMS_overview&printable=yes#How_to_use_the_framework
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